330MW汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)低壓差脹超限原因分析與處理

宋偉

摘要：針對(duì)某發(fā)電廠北重產(chǎn)NC330-17.75/0.39/540/540型汽輪發(fā)電機(jī)組，冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)低壓差脹超限影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的問(wèn)題，對(duì)機(jī)組滑銷系統(tǒng)和軸封系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)檢查分析，認(rèn)為導(dǎo)致機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)低壓差脹超限的主要原因是高、中壓缸推拉桿偏心圓銷無(wú)鎖緊裝置，引起汽缸膨脹不暢及中、低壓缸軸封系統(tǒng)漏汽加快中、低壓轉(zhuǎn)子膨脹所致。并對(duì)滑銷系統(tǒng)和軸封系統(tǒng)進(jìn)行了修復(fù)處理，成功解決了機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)低壓差脹超限問(wèn)題，提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

關(guān)鍵詞：330MW機(jī)組 ?汽輪機(jī) ?低壓差脹 ?滑銷系統(tǒng) ?推拉桿 ?軸封系統(tǒng)

汽輪機(jī)脹差就是指汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與汽缸在受熱膨脹時(shí)軸向膨脹的差值。通常為了提高機(jī)組的效率，汽輪機(jī)的通流間隙都要設(shè)計(jì)的盡量小，那么為了保證汽輪機(jī)較小間隙的動(dòng)靜部分不發(fā)生碰摩，就要控制好汽輪機(jī)脹差值。因此脹差是汽輪機(jī)啟動(dòng)、運(yùn)行及變工況運(yùn)行時(shí)的最重要監(jiān)視和控制的參數(shù)之一，也是影響機(jī)組安全運(yùn)行的重要因素。如果汽輪機(jī)啟動(dòng)或運(yùn)行中，出現(xiàn)脹差增大并接近報(bào)警值，甚至停機(jī)值，必須盡力降下來(lái)，或打閘停機(jī)，否則將危及汽輪機(jī)設(shè)備的安全。

1 機(jī)組概況

大唐遼源發(fā)電廠3、4號(hào)汽輪機(jī)是北京重型汽輪發(fā)電機(jī)有限責(zé)任公司引進(jìn)法國(guó)ALSTHOM（阿爾斯通）技術(shù)設(shè)計(jì)制造的NC330-17.75/0.39/540/540型，亞臨界，一次中間再熱，三缸，雙排汽，單軸，抽汽凝汽式汽輪機(jī)。汽輪機(jī)的滑銷系統(tǒng)及各部膨脹方向如圖1所示。

高、中壓缸滑銷系統(tǒng)采用推拉桿結(jié)構(gòu)，通過(guò)推拉桿剛性連接高、中壓外缸，推力軸承座與高壓外缸之間用另一對(duì)推拉桿剛性連接，使汽缸與轉(zhuǎn)子的膨脹直接聯(lián)系在一起。各軸承座均與基礎(chǔ)臺(tái)板固定，不隨汽缸膨脹而移動(dòng)。各汽缸與軸承座通過(guò)立銷連接，高、中壓缸膨脹死點(diǎn)在中壓下缸后貓爪橫銷處，低壓外缸膨脹死點(diǎn)為靠近低壓缸前側(cè)排汽口的橫銷，低壓內(nèi)缸膨脹死點(diǎn)在進(jìn)汽口中線的橫銷處，各部件的膨脹方向如圖1所示。

汽輪機(jī)裝有3個(gè)差脹測(cè)點(diǎn)：高壓差脹、中壓差脹和低壓差脹。其中高、中壓差脹的測(cè)量裝置分別安裝在各自的外缸缸體上，隨缸體一起移動(dòng)，而低壓差脹傳感器采用靶板式位移傳感器，其探頭在低壓轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)輪處被固定在對(duì)輪保護(hù)罩上，而對(duì)輪保護(hù)罩固定在基礎(chǔ)臺(tái)板上，并不隨缸體滑動(dòng)，因此3、4號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)低壓差脹的測(cè)量值并不是測(cè)點(diǎn)處轉(zhuǎn)子與缸體的膨脹差，而是中、低壓轉(zhuǎn)子在測(cè)點(diǎn)處相對(duì)于基礎(chǔ)臺(tái)板的位移量。經(jīng)北重廠家證實(shí)，北重所有汽輪機(jī)的低壓差脹均采用這種測(cè)量方法。廠家提供的3、4號(hào)機(jī)組高、中、低壓差脹正常范圍為：高壓差脹-1.2～+6.6mm，中壓差脹-3.5～+6.0mm，低壓差脹-2.2～+8.0mm，對(duì)應(yīng)的測(cè)量范圍均為0～100%，超過(guò)限值10%（-10%或+110%時(shí)）緊急停機(jī)。即低壓差脹停機(jī)值-3.3mm和+9.1mm。TSI測(cè)量模塊內(nèi)設(shè)置的測(cè)量范圍是-50%～+150%。

2 存在問(wèn)題

3、4號(hào)機(jī)組分別于2008年12月和2009年2月投產(chǎn)發(fā)電，均經(jīng)歷大修一次、小修三次，兩臺(tái)機(jī)組投運(yùn)以來(lái)汽輪機(jī)高、中壓缸總膨脹及高、中壓差脹均能滿足各種運(yùn)行工況的要求，但自2011年兩臺(tái)機(jī)組小修后冷態(tài)啟機(jī)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)低壓差脹值在機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)低壓差脹已接近甚至超過(guò)停機(jī)值+9.1mm，從而使機(jī)組無(wú)法繼續(xù)沖轉(zhuǎn)，必須打閘停機(jī)后進(jìn)行二次啟動(dòng)，才能正常啟動(dòng)并網(wǎng)運(yùn)行，這嚴(yán)重影響了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。但機(jī)組正常運(yùn)行和熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)低壓差脹卻滿足差脹要求。

3 原因分析

3.1 差脹測(cè)量裝置檢查

初步懷疑低壓差脹測(cè)量探頭老化，2012年3、4號(hào)機(jī)組小修期間采用經(jīng)校驗(yàn)合格的脹差測(cè)量新探頭更換了舊探頭，同時(shí)汽輪機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)TSI整套裝置進(jìn)行了詳細(xì)檢查和效驗(yàn)試驗(yàn)。從檢查情況和校驗(yàn)數(shù)值判斷，測(cè)量裝置無(wú)異常。對(duì)低壓差脹測(cè)量裝置重新校正零位，確保測(cè)量探頭的安裝位置及測(cè)量回路正常。

3.2 機(jī)組高、中壓缸滑銷系統(tǒng)故障

通過(guò)調(diào)取2012年3、4號(hào)機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)的機(jī)組膨脹脹值與各參數(shù)的過(guò)程趨勢(shì)曲線對(duì)比發(fā)現(xiàn)，高、中壓缸總膨脹未達(dá)到要求值時(shí)，低壓差脹值在短時(shí)間內(nèi)迅速增長(zhǎng)報(bào)警值，并超過(guò)控制值，而且高、中缸缸脹左右相差6.14mm，偏差較大，見圖2。由此分析冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)低壓差脹超限的原因是：機(jī)組高、中壓缸滑銷系統(tǒng)故障導(dǎo)致缸體膨脹過(guò)慢，而轉(zhuǎn)子正常膨脹，出現(xiàn)正脹差超標(biāo)。

4 故障處理

2013年4月下旬和8月下旬，4號(hào)和3號(hào)機(jī)組開始A級(jí)檢修，針對(duì)汽輪機(jī)低壓差脹的異常情況及原因分析，采取了相應(yīng)的修復(fù)措施。

通過(guò)詳細(xì)檢查機(jī)組滑銷系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)如下3處問(wèn)題：

①高、中壓缸推拉桿偏心圓銷無(wú)鎖緊裝置;

②高壓缸前右側(cè)防升起裝置定位銷折斷;

③2號(hào)軸承箱與中壓缸連接立銷座螺栓松動(dòng)，銷座活動(dòng)。機(jī)組采用中壓缸啟動(dòng)，加熱過(guò)程中，中壓轉(zhuǎn)子先受熱向后膨脹，低壓差脹產(chǎn)生正脹差，而中壓缸由后側(cè)死點(diǎn)向前膨脹通過(guò)推拉桿推動(dòng)高壓缸一起向前膨脹。但由于高、中壓缸推拉桿偏心圓銷無(wú)鎖緊裝置導(dǎo)致中壓缸向前膨脹時(shí)偏心圓銷轉(zhuǎn)動(dòng)，不能推動(dòng)高壓缸及轉(zhuǎn)子向前移動(dòng)。也就導(dǎo)致低壓正脹差持續(xù)增大直至超限。打閘停機(jī)后再次啟動(dòng)，推拉桿偏心圓銷隨著中壓缸的向前膨脹，偏心部分旋轉(zhuǎn)完畢，才開始推動(dòng)高壓缸向前膨脹進(jìn)而帶動(dòng)轉(zhuǎn)子向前移動(dòng)，使低壓轉(zhuǎn)子正脹差減小。這一點(diǎn)通過(guò)圖2曲線可以很好的驗(yàn)證。問(wèn)題②和③也正是高、中壓缸膨脹故障衍生出來(lái)的問(wèn)題，處理辦法：①測(cè)量調(diào)整高、中壓轉(zhuǎn)子通流間隙，并對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行軸向定位，測(cè)量推力軸承推力間隙為27mm（標(biāo)準(zhǔn)：25mm-30mm），在高、中壓缸推拉桿偏心圓銷與銷孔外延相接處轉(zhuǎn)M10螺孔，并安裝鎖緊螺絲;②重新制作高壓缸前右側(cè)防升起裝置定位銷，并調(diào)整好防升起裝置間隙后進(jìn)行安裝;③更換2號(hào)軸承箱與中壓缸連接立銷座螺栓，并緊固牢靠。

通過(guò)檢查軸封系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)如下2處問(wèn)題：①中壓內(nèi)缸前軸封汽封齒向前側(cè)傾倒，共4環(huán);②低壓缸前后軸封汽封環(huán)弧端間隙大，約2.5mm。兩處問(wèn)題均導(dǎo)致軸封漏汽，由軸封結(jié)構(gòu)和芬諾原理可知：軸封供汽溫度升高，將使轉(zhuǎn)子絕對(duì)膨脹量增大，而軸封體是通過(guò)嵌套方式固定在汽缸端部，其對(duì)汽缸的放熱系數(shù)很小，汽缸的絕對(duì)膨脹量不變，進(jìn)而導(dǎo)致低壓差脹一度超標(biāo)。處理方法：①更換中壓內(nèi)缸前軸封傾倒的4環(huán)汽封齒，并調(diào)整汽封間隙至合格范圍內(nèi);②采取切割補(bǔ)焊的方法對(duì)低壓缸前后汽封環(huán)進(jìn)行補(bǔ)焊嫁接，并調(diào)整弧端間隙至合格范圍內(nèi)。

5 大修后運(yùn)行情況

2013年6月底和10月底，4、3號(hào)機(jī)組A級(jí)檢修結(jié)束，機(jī)組在各參數(shù)正常的情況下冷態(tài)啟動(dòng)，能達(dá)到廠家要求的啟動(dòng)、加負(fù)荷速度;冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)3、4號(hào)機(jī)低壓缸脹差最大值7.3mm和7.6mm，3、4號(hào)機(jī)高、中壓缸缸脹左右偏差也減小到了0.03mm，達(dá)到了正常值，啟動(dòng)順利，并網(wǎng)后也運(yùn)行正常。

6 結(jié)束語(yǔ)

大唐遼源發(fā)電廠3、4號(hào)機(jī)組低壓缸差脹在機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)超限的主要原因是高、中壓缸推拉桿偏心圓銷無(wú)鎖緊裝置以及中、低壓軸封系統(tǒng)漏汽，導(dǎo)致高壓缸未能及時(shí)膨脹，而中、低壓轉(zhuǎn)子過(guò)快膨脹，從而出現(xiàn)低壓差脹超限問(wèn)題。對(duì)3、4號(hào)機(jī)組滑銷系統(tǒng)和軸封系統(tǒng)的故障處理是成功的，解決了冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)低壓差脹超限對(duì)機(jī)組啟機(jī)的影響，其經(jīng)濟(jì)效益是可觀的，也大大提高了機(jī)組的運(yùn)行可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]戎朝陽(yáng)，韓吉文.ALSTOM 600MW機(jī)組汽輪機(jī)低壓差脹測(cè)量誤差的研究和對(duì)策[J].熱力發(fā)電，2009（12）：5.

[2]戎朝陽(yáng).600MW汽輪機(jī)差脹變化規(guī)律及控制[J].華東電力，1999（08）.

[3]NC330-17.75-0.39/540/540型汽輪機(jī)說(shuō)明書及有關(guān)資料.